二、滑　輪

圖11－2－1

一　滑輪

項目

定義

作用

實質

圖例

定

滑

輪

工作時，________的位置固定不動的滑輪

_______省力，但可以改變__________

_______

杠桿

動

滑

輪

工作時______的位置隨被拉動的物體一起運動的滑輪

最多可以省_______力，但不能改變_________

_______

杠桿

滑

輪

組

定滑輪與動滑輪組合在一起

既可以_______，又可以改變________

1.繞法：當吊起重物的繩子是奇數段時，繩子的起點在動滑輪的掛鉤上；當吊起重物的繩子是偶數段時，繩子的起點在定滑輪的掛鉤上(奇動偶定)．

2．省力規律：用滑輪組吊起重物時，滑輪組用n段繩子吊物體，則提起物體的力就是總重的.用公式表示：F＝.[說明]

(1)①F＝的適用條件是滑輪組豎直放置使用，且不考慮繩重、摩擦和動滑輪的重．②若只考慮動滑輪的重力，不考慮繩重和摩擦，F＝，其中G動為動滑輪的總重力．③若滑輪組水平放置使用(勻速)，公式變為F＝，其中f是物體與地面之間的摩擦力．

(2)分析滑輪裝置中力的關系所利用的物理知識有兩條：①不計繩重及繩輪間的摩擦時，同一根繩上拉力處處相等；②物體受力平衡．

二　輪軸

在生產、生活中，人們經常會用到輪軸．輪軸由具有__________的輪和軸組成，也可看成________的變形．由杠桿原理可得：當輪半徑大于軸半徑時，動力________阻力，這時的輪軸相當于一種________杠桿．

類型一　探究定滑輪和動滑輪的特點

例1

如圖11－2－2所示是探究定滑輪和動滑輪改變力的大小和方向的實驗．

圖11－2－2

(1)圖中彈簧測力計的示數F1、F2、F3、F4之間的關系是：F1________F2________F3________F4.(2)探究得出的結論：使用定滑輪________省力，________改變施力的方向；使用動滑輪________省力，________改變施力的方向．(均選填“能”或“不能”)

(3)使用________滑輪費距離．

[實驗點撥](1)該實驗中使用彈簧測力計拉繩時，應手拉測力計的拉環，用掛鉤拉繩，這樣彈簧測力計的示數才是繩子末端所受拉力的大小．(2)定滑輪可以改變施力的方向，不僅體現在本題的圖乙中，也體現在圖丙中，即使用定滑輪時，可以將提升重物豎直向上的施力方向改變為水平、傾斜、豎直向下等方向．(3)由于繩重、繩輪間摩擦的存在，實驗中用定滑輪勻速提升重物時，彈簧測力計的示數會略大于物重，拉力等于物重只在理想狀態下成立．(4)動滑輪的特點是“最多可以省一半力”，而不是“省一半力”，因為動滑輪“省一半力”的前提是不計滑輪重、繩重及繩輪間摩擦，且拉力的方向豎直向上．

類型二　定滑輪和動滑輪

例2

一輛汽車不小心陷進了泥潭中，按如圖11－2－3所示的(a)、(b)兩種方法安裝滑輪，均可將汽車從泥潭中拉出．若汽車受到的阻力為800

N，則圖(a)中人拉動汽車的拉力至少為________，將汽車拉動1

m，拉力需移動________m；圖(b)中人拉動汽車的拉力至少為________，將汽車拉動1

m，拉力需移動________m．(繩與滑輪及軸間的摩擦不計)

圖11－2－3

[方法指導]定滑輪和動滑輪的解題技巧

(1)判斷滑輪類型的方法：觀察滑輪裝置圖時，首先觀察滑輪被固定的位置，判斷滑輪是定滑輪還是動滑輪，軸位置固定的滑輪為定滑輪，軸隨物體一起移動的滑輪為動滑輪．

(2)使用滑輪的幾種情況

種類

圖示

表達式

定滑輪

F＝G

F＝f，f為物體A所受的摩擦力

動滑輪

F＝，s繩＝2s物，v繩＝2v物

F＝，s繩＝2s物，v繩＝2v物

F＝2G

＋G動，s動＝，v動＝

F＝2f，s動＝，v動＝

注：以上幾種情況均不計繩重和繩與滑輪間的摩擦．

類型三　滑輪組

例3

如圖11－2－4所示，小明利用滑輪組提升重為300

N的重物，該滑輪組提升動滑輪和重物的繩子的股數n＝________．若不計摩擦，動滑輪的重力為30

N，則拉力F＝________N時，可以將重物勻速提升；若物體被提升的高度為9

m，則繩子自由端上升的距離為________m.圖11－2－4

[方法指導]滑輪組的受力分析(動滑輪同樣適用)

依據

說明

不計繩輪間摩擦、繩重時，同一根繩上拉力處處相等

分析滑輪裝置的受力時，首先應看清繞滑輪的那根繩子，當我們在繩子末端用力F時，繩子就會被繃緊，使得該繩子上處處拉力均為F，當物體被n段繩子拉時，自然就同時受n個力F拉動

物體受力平衡條件

首先要確定研究對象，我們通常取“動滑輪和物體的整體”為研究對象，然后對其進行受力分析，最后根據物體平衡條件得到力間的平衡關系式．例如：

類型四　滑輪組的設計組裝

例4

用滑輪組拉出陷入泥中的汽車，在圖11－2－5中畫出最省力的繩子繞法．

圖11－2－5

[方法指導]滑輪組的組裝方法

課堂反饋(二)A

[定滑輪及動滑輪的特點]

1．使用滑輪時，根據________的位置能否移動可將滑輪分為____________和____________．使用動滑輪可以________，但不能改變施力的方向；使用定滑輪不能省力，但可以改變施力的________．

2．圖C11－2－1甲中的滑輪是一個________滑輪，其實質是一個________杠桿，其支點是圖中的________(選填“A”“B”或“C”)，圖乙中的滑輪是一個________滑輪，其實質是一個________杠桿，其支點是圖中的________(選填“A”“B”或“C”)．

C11－2－1

3．如圖C11－2－2所示，物體重10

N，且處于靜止狀態．若手拉彈簧測力計在1、2、3三個不同位置時的拉力分別是F1、F2、F3，則它們的大小關系是F1_______F2_______F3.這證明使用定滑輪不能改變力的________，只能改變力的________．(滑輪與軸間的摩擦不計)

圖C11－2－2

4．如圖C11－2－3甲所示，在學校旗桿頂部有一個滑輪，該滑輪的位置固定在旗桿的頂端不動，是________滑輪，其作用是____________．如圖乙所示，建筑工人在高處也經常使用滑輪提升重物，該滑輪隨同物體一起運動，是________滑輪，使用它的作用是________．

圖C11－2－3

5．(1)如圖C11－2－4甲所示，鉤碼重G＝5

N，滑輪重1

N，不計繩重和摩擦，當鉤碼勻速上升時，拉力F1為________N，若繩子自由端向下拉動0.5

m，則物體向上移動________m.圖C11－2－4

(2)如圖乙所示，鉤碼重G＝5

N，滑輪重1

N，不計繩重和摩擦，當鉤碼勻速上升時，拉力F2為________N，若繩子自由端向上移動0.5

m，則物體向上移動________m.課堂反饋(二)B

[滑輪組]

1．在實際使用滑輪的過程中，人們常將定滑輪和動滑輪組合在一起，這種定滑輪和動滑輪的組合裝置稱為__________．它結合了定滑輪和動滑輪的特點，既能________，又能__________________．用滑輪組提升重物時，動滑輪上有n段繩子承擔物重，提起重物的力就是物重的________(忽略機械自重和摩擦)．

2．用如圖C11－2－5所示的滑輪組，勻速提升重400

N的物體，若動滑輪重力、繩子重力以及摩擦都不計，此滑輪組有________段繩子承擔物重．則作用在繩端的拉力是________N．若動滑輪重力是20

N，繩重和摩擦都不計，則作用在繩端的拉力是________N．若物體被提升的高度為3

m，則繩子自由端移動的距離為________m.圖C11－2－5

3．用如圖C11－2－6所示的裝置將重為300

N的物體水平勻速拉動，物體與地面之間的摩擦力為48

N，不考慮滑輪重和滑輪與繩間的摩擦，則水平拉力F為________N．若繩子自由端移動的速度為0.6

m/s，則物體移動的速度為____________．

圖C11－2－6

4．在圖C11－2－7上按要求組裝一滑輪組，要求：作用于繩子末端的拉力F＝G，畫出繩子的繞法．(不計動滑輪重、繩重和摩擦)

圖C11－2－7

詳解詳析

【新知梳理】

一、軸　不能　施力的方向　等臂　軸　一半

施力的方向　省力　省力　施力的方向

二、公共轉軸　杠桿　小于　省力

【應用示例】

例1(1)＝　＝　＞

(2)不能　能　能　不能(3)動

例2　800

N　1　400

N　2

[解析]拉物體在水平面上前進時，動力需要克服的是物體受到的水平阻力f物，不是重力G，圖(a)中是定滑輪，用一股繩子的拉力拉汽車，汽車受到的阻力為800

N，則F1＝800

N(不計繩與輪間摩擦)，將汽車拉動1

m，則s1＝s物＝1

m；圖(b)中是動滑輪，利用兩股繩子的拉力拉滑輪和汽車整體，則2F2＝800

N(不計繩與輪間摩擦)，F2＝400

N，s2＝2s物＝2

m.例3　3　110　27

[解析]本題取動滑輪和物體為研究對象，有三股繩子向上拉著動滑輪和物體組成的整體，因為處于平衡狀態，所以有3F＝G物＋G動＝330

N，F＝110

N．因為有三股繩子向上拉著動滑輪和物體，所以物體上升h，每股繩子收縮h，繩子的自由端移動的距離s＝3h＝27

m.例4　如圖所示

【課堂反饋】A

1．軸　定滑輪　動滑輪　省力　方向

2．動　省力　A　定　等臂　B

3．＝　＝　大小　方向

4．定　改變力的方向　動　省力

5．(1)5　0.5(2)3　0.25

【課堂反饋】B

1．滑輪組　省力　改變施力的方向

2．2　200　210　6　3.16　0.2

m/s　4.圖略

段繩子向上拉．F＝G總，s＝5h.